(57)【要約】      （修正有）【課題】出力されるトルクを計測する。【解決手段】計測装置は、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部ＢＴを用いて駆動動作及び復帰動作を行う駆動部３０によって駆動される回転子ＳＦに加えられるトルクを計測する計測部、を備える。【選択図】図１
2013068467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部を用いて駆動動作及び復帰動作を行う駆動部によって駆動される前記回転子に加えられるトルクを計測する計測部、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記トルクは、前記回転子に加えられる加速トルクと負荷トルクとを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記計測部は、
前記回転子に生じる歪を検出する歪検出部と、
前記歪検出部による検出結果に基づいて、前記トルクを計測する計測処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記歪検出部は、
前記回転子の第１位置情報を検出する第１のエンコーダと、前記回転子の第２位置情報を検出する第２のエンコーダと、を備え、
前記計測処理部は、
前記第１位置情報と前記第２位置情報とに基づいて前記トルクを計測する
ことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記歪検出部は、
前記回転子に配置される歪ゲージを有する
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記回転子は、トーションバーを有し、
前記歪検出部は、前記トーションバーを介して生じた歪を検出する
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記駆動部は、駆動素子を有し、
前記計測部は、
前記駆動素子によって前記伝達部に生じる発生力を検出する発生力検出部と、
前記発生力検出部によって検出された前記発生力に基づいて、前記トルクを推定する推定部と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記駆動素子には、前記伝達部の両端部にそれぞれ接続される第１の駆動素子と第２の駆動素子とが含まれ、
前記発生力検出部は、
前記第１の駆動素子によって前記伝達部に生じる第１の発生力と、前記第２の駆動素子によって前記伝達部に生じる第２の発生力とを検出し、
前記推定部は、
前記第１の発生力と前記第２の発生力とに基づいて前記トルクを推定する
ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
前記計測部は、
前記駆動素子の変位量を検出する変位検出部を有し、
前記発生力検出部は、
前記変位検出部によって検出された前記駆動素子の変位量と前記駆動素子の駆動電圧とに基づいて、前記発生力を検出する
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記変位検出部は、
前記駆動素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量検出部を有し、前記電荷量検出部によって検出された前記電荷量に基づいて、前記変位量を検出する
ことを特徴とすることを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の計測装置によって計測された前記トルクに基づいて、前記駆動動作、又は前記復帰動作を制御する制御部、
を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の計測装置と、
前記計測装置によって計測された前記トルクに基づいて、前記駆動動作、又は前記復帰動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項１３】
回転子と、
前記回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、
前記伝達部に接続され、前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させる駆動動作及び前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に戻す復帰動作を行う駆動部と、
前記回転子に加えられるトルクを計測する計測手段と、
を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載のモータ装置を備えることを特徴とするロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、モータ装置、及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、旋回系機械を駆動させるアクチュエータとして、モータ装置が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。このようなモータ装置として、例えば電動モータや超音波モータなど、高トルクを発生させることが可能なモータ装置が広く知られている。近年では、ヒューマノイドロボットの関節部分など、より精密な部分を駆動させるモータ装置が求められており、電動モータや超音波モータなどの既存のモータ装置においてもトルクの制御性等、細密で高精度な駆動を行うことができる構成が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３１１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したモータ装置は、ある定格のトルクが出力できるように固定のホールドトルクを出力して駆動している。そのため、例えば、固定のホールドトルクより小さいトルクで出力が十分な場合に、上述したモータ装置は、余分なトルクを発生して駆動部による駆動効率を低下してしまうことがある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、出力されるトルクを計測できる計測装置、モータ装置、及びロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一実施形態は、回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部を用いて駆動動作及び復帰動作を行う駆動部によって駆動される前記回転子に加えられるトルクを計測する計測部、を備えることを特徴とする計測装置である。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上記に記載の計測装置によって計測された前記トルクに基づいて、前記駆動動作、又は前記復帰動作を制御する制御部、を備えることを特徴とするモータ装置である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、上記に記載の計測装置と、前記計測装置によって計測された前記トルクに基づいて、前記駆動動作、又は前記復帰動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とするモータ装置である。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、回転子と、前記回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、前記伝達部に接続され、前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させる駆動動作及び前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に戻す復帰動作を行う駆動部と、前記回転子に加えられるトルクを計測する計測手段と、を備えることを特徴とするモータ装置である。
【００１０】
また、本発明の一実施形態は、上記に記載のモータ装置を備えることを特徴とするロボット装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、出力されるトルクを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態におけるモータ装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態による計測装置及びモータ装置の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態における計測装置及びモータ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態におけるモータ装置の特性を示すグラフある。
【図５】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す第１の図ある。
【図６】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す第２の図ある。
【図７】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す第３の図ある。
【図８】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す第４の図ある。
【図９】第２の実施形態による計測装置及びモータ装置の構成を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における計測装置及びモータ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施形態による計測装置及びモータ装置の構成を示す図である。
【図１２】第３の実施形態における計測装置及びモータ装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】第４の実施形態による計測装置及びモータ装置の構成を示す図である。
【図１４】第４の実施形態における計測装置及びモータ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】第５の実施形態における計測装置及びモータ装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】第６の実施形態におけるロボット装置の構成を示す模式図である。
【図１７】本実施形態における計測装置及びモータ装置の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態による計測装置５及びモータ装置１について図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態によるモータ装置１の一例を示す概略構成図である。
図１（ａ）は、モータ装置１の断面（例、回転面）に沿った構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面に沿った構成を示す図である。
図１に示すように、モータ装置１は、ベース部ＢＳと、伝達部ＢＴと、駆動部３０と、制御部ＣＯＮＴとを備えている。このモータ装置１は駆動部３０及び伝達部ＢＴを用いて回転子ＳＦを回転させる。回転子ＳＦは、中心軸Ｃを回転軸として回転するようになっている。
【００１５】
以下、各図の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。回転子ＳＦの回転軸方向をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００１６】
ベース部ＢＳは、例えばステンレス等の材料を用いて板状に形成された部分である。ベース部ＢＳには、貫通部１０及び貫通部２０が形成されている。貫通部１０は、正面視でほぼ円形に形成された開口部であり、ベース部ＢＳの表裏を貫通して形成されている。貫通部１０には、伝達部ＢＴが配置されており、回転子ＳＦが挿入されるようになっている。
【００１７】
伝達部ＢＴは、第一端部２１、第二端部２２及びベルト部２３を有している。第一端部２１及び第二端部２２は、例えば貫通部１０のＸ方向の中央部から−Ｙ方向に平行に延びるように形成されている。第一端部２１及び第二端部２２は、回転子ＳＦの外周上の基準位置Ｆを挟んで配置されている。本実施形態では、例えば図１（ａ）における回転子ＳＦの−Ｙ側端部を基準位置Ｆとした場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
ベルト部２３は、帯状に形成され、例えば貫通部１０の内周面１０ａに沿って設けられている。ベルト部２３は、貫通部１０に挿入される回転子ＳＦを囲うように配置される。
換言すると、回転子ＳＦは、貫通部１０のうちベルト部２３によって囲まれる空間に挿入される。ベルト部２３は、例えば回転子ＳＦの周面（例、外周面や内周面）の少なくとも一部に掛けられる。
【００１９】
図１に示すように、貫通部２０は、例えば貫通部１０の−Ｙ側端部に一部重なるように正面視でほぼ矩形に形成された開口部であり、ベース部ＢＳの表裏を貫通して形成されている。貫通部２０内には、駆動部３０が配置される。駆動部３０は、貫通部２０の内周面に設けられた支持部材３３及び３４によって支持されている。
【００２０】
駆動部３０は、駆動素子として、例えば電歪素子（例、ピエゾ素子）や磁歪素子などの電気機械変換素子である圧電素子３１及び圧電素子３２を有している。すなわち、駆動部３０（駆動素子）には、伝達部ＢＴの両端部にそれぞれ接続される圧電素子３１（第１の駆動素子）と圧電素子３２（第２の駆動素子）とが含まれる。圧電素子３１及び圧電素子３２は、電圧が印加されることにより、Ｘ方向に伸縮する構成である。駆動部３０は、伝達部ＢＴに接続される。
制御部ＣＯＮＴは駆動部３０に接続されており、この駆動部３０に対して制御信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴの詳細につては、後述する。
【００２１】
圧電素子３１は、支持部材３３によって支持されている。圧電素子３１は、図中−Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、圧電素子３１は、Ｘ方向に伸縮することで図中＋Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。圧電素子３１のうち当該＋Ｘ側の端部は、支持部材３３の先端部３３ａに接続されている。支持部材３３の先端部３３ａは、例えば第一端部２１に接続されている。支持部材３３は、先端部３３ａよりも−Ｘ側に、例えば伸縮部３３ｂを有している。伸縮部３３ｂは、圧電素子３１の＋Ｘ側端部の移動に合わせて先端部３３ａが移動するように伸縮する。
【００２２】
圧電素子３２は、支持部材３４によって支持されている。圧電素子３２は、図中＋Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、圧電素子３２は、Ｘ方向に伸縮することで図中−Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。圧電素子３１のうち当該−Ｘ側の端部は、支持部材３４の先端部３４ａに接続されている。支持部材３４の先端部３４ａは、例えば第二端部２２に接続されている。支持部材３４は、先端部３４ａよりも＋Ｘ側に、例えば伸縮部３４ｂを有している。伸縮部３４ｂは、圧電素子３２の−Ｘ側端部の移動に合わせて先端部３４ａが移動するように伸縮する。
【００２３】
圧電素子３１及び圧電素子３２は、第一端部２１及び第二端部２２を挟む位置に設けられている。支持部材３３の先端部３３ａは第一端部２１に向けられており、支持部材３４の先端部３４ａは第二端部２２に向けられている。したがって、先端部３３ａ及び先端部３４ａは対向して配置されている。
【００２４】
圧電素子３１が＋Ｘ方向に伸び、かつ、圧電素子３２が−Ｘ方向に伸びると、第一端部２１と第二端部２２とが近づく。このため、ベルト部２３が回転子ＳＦに巻きつき、当該ベルト部２３に張力が加わる。圧電素子３１が−Ｘ方向に縮み、かつ、圧電素子３２が＋Ｘ方向に縮むと、第一端部２１と第二端部２２とが遠ざかる。このため、ベルト部２３が回転子ＳＦから離れて弛緩する。
【００２５】
図２は、第１の実施形態による計測装置５及びモータ装置１の構成を示す図である。
また、図３は、本実施形態における計測装置５及びモータ装置１の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、計測装置５が、歪検出部５０を用いて、回転子ＳＦにかかる駆動トルク（トルク）を直接計測する場合（第１の方式）の形態について説明する。また、本実施形態では、一例として、歪検出部５０に歪ゲージ５１を用いる形態について説明する。ここで、駆動トルクとは、回転子ＳＦを回転させる加速トルクと負荷（被駆動物）による負荷トルクとの総和である。
【００２６】
図２及び図３において、モータ装置１は、回転子ＳＦ、制御部ＣＯＮＴ、及び駆動部３０を備えている。
回転子ＳＦは、上述した駆動部３０により駆動され、例えば、モータ装置１によって駆動される被駆動物（負荷）が接続されるシャフトである。回転子ＳＦは、駆動部側シャフト６１、トーションバー６２、及び負荷側シャフト６３を有している。
【００２７】
駆動部側シャフト６１は、モータ装置１の駆動部３０側のシャフトである。また、負荷側シャフト６３は、被駆動物（負荷）が接続される側のシャフトである。
駆動部側シャフト６１と負荷側シャフト６３とは、トーションバー６２を介して接続されている。
トーションバー６２は、上述したように駆動部側シャフト６１と負荷側シャフト６３との間に配置されている。トーションバー６２は、駆動部側シャフト６１及び負荷側シャフト６３より剛性が低く、回転子ＳＦに加わる駆動トルクに応じてねじれ（歪）を生じるように構成されている。
【００２８】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作、及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を駆動部３０にさせる制御を行う。駆動動作及び復帰動作については、後述する。また、制御部ＣＯＮＴは、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、この駆動動作、又は復帰動作を制御する。すなわち、制御部ＣＯＮＴは、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、モータ装置１のトルク制御を行う。
また、制御部ＣＯＮＴは、外部のコントローラ２からの制御指令に基づいて、モータ装置１による回転子ＳＦの回転動作を制御する。
【００２９】
また、制御部ＣＯＮＴは、トルク制御部７１、パルス変換部７２、及びドライバ部７３を備えている。
トルク制御部７１は、コントローラ２から出力される制御指令、又は計測装置５から出力される計測結果（駆動トルク）に基づいて、回転子ＳＦを回転させる速度情報及びトルク情報を生成する。トルク制御部７１は、生成した速度情報及びトルク情報をパルス変換部７２に出力する。
なお、トルク制御部７１は、計測装置５から出力される駆動トルクに基づいて、コントローラ２から出力される制御指令に基づいて指定された駆動状態において、適切な速度情報及びトルク情報を生成する。一例として、トルク制御部７１は、計測装置５が計測した駆動トルクをフィードバックして、駆動部３０の制御に反映させる。
ここで、適切な速度情報及びトルク情報とは、例えば、駆動状態に応じて、モータ装置１のホールドトルクに最低限必要なトルクを生成して、余分なトルクの発生を低減させるための情報である。
【００３０】
パルス変換部７２は、トルク制御部７１から出力された速度情報及びトルク情報に基づいて、駆動部３０の圧電素子（３１、３２）の駆動を制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）パルス信号に変換する。パルス変換部７２は、変換したＰＷＭパルス信号を出力する。
ドライバ部７３は、例えば、パルス幅変調により、圧電素子（３１、３２）の駆動信号を生成するドライバ回路である。ドライバ部７３は、パルス変換部７２から出力されたＰＷＭパルス信号に基づいて、駆動部３０に圧電素子（３１、３２）の駆動信号を出力する。これにより、ドライバ部７３は、回転子ＳＦに必要な駆動トルクを駆動部３０に生成させる。
【００３１】
次に、本実施形態における計測装置５の構成について説明する。
図２及び図３において、計測装置５は、計測部４を備えている。
計測部４は、回転子ＳＦに加わる駆動トルクを計測する。なお、本実施形態では、計測部４は、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを直接計測する。計測部４は、歪検出部５０と計測処理部４０とを備えている。
【００３２】
歪検出部５０は、回転子ＳＦに生じる歪を検出する。歪検出部５０は、歪ゲージ５１を備えている。すなわち、歪検出部５０は、回転子ＳＦに配置される歪ゲージを有している。
歪ゲージ５１は、回転子ＳＦのトーションバー６２に配置され、トーションバー６２のねじれ量を歪として検出する。歪ゲージ５１は、検出したねじれ量（歪量）を計測処理部４０に出力する。
【００３３】
計測処理部４０は、歪検出部５０による検出結果（ねじれ量）に基づいて、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを計測する。すなわち、計測処理部４０は、歪ゲージ５１によって検出されたトーションバー６２のねじれ量（歪量）に基づいて、回転子ＳＦにかかる（加わる）駆動トルクを計測する。計測処理部４０は、計測した駆動トルクをモータ装置１の制御部ＣＯＮＴに出力する。
【００３４】
次に、本実施形態における計測装置５及びモータ装置１の動作について説明する。
まず、モータ装置１において、回転子ＳＦを駆動させる原理を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴに有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
【００３５】
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１及び第二端部２２側の張力Ｔ２が下記の式（１）を満たす場合、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、伝達部ＢＴが回転子ＳＦに対して滑りを生じることの無い状態（回転力伝達状態）で回転子ＳＦと共に移動する。この移動により、回転子ＳＦにトルクが伝達される。ただし、式（１）において、μは伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは伝達部ＢＴの有効巻き付き角である。
【００３６】
【数１】
2013068467.tif 000003
【００３７】
この場合、トルクの伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記の式（１）に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、式（２）のようになる。式（２）は、張力Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。
【００３８】
【数２】
2013068467.tif 000004
【００３９】
上記の式（２）より、回転子ＳＦに伝達されるトルクは、圧電素子３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。式（２）の右辺の張力Ｔ１の係数部分は、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び伝達部ＢＴの有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
図４は、摩擦係数μを変化させた場合の有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。
【００４０】
図４に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、圧電素子３１による張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子ＳＦのトルクに寄与することがわかる。この巻き付き角の他、図４のグラフから、例えば伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。
【００４１】
このように、トルクの大きさは圧電素子３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることになり、例えば伝達部ＢＴの移動距離などには無関係であることがわかる。したがって、例えば圧電素子３１及び圧電素子３２に用いられるピエゾ素子は、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので非常に大きな回転力を付与することができる。
【００４２】
このような原理に基づいて、制御部ＣＯＮＴは、図５に示すように、まず、第一端部２１が＋Ｘ方向に、第二端部２２が−Ｘ方向にそれぞれ移動するように圧電素子３１及び圧電素子３２を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴの第二端部２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部ＢＴには、回転力伝達状態となる保持力である有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００４３】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図６に示すように、伝達部ＢＴの第一端部２１が−Ｘ方向に移動するように、かつ、第二端部２２が−Ｘ方向に移動するように圧電素子３１及び圧電素子３２を変形させる（駆動動作）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１の移動距離と第二端部２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向（矢印方向）に回転する。例えば、モータ装置１は、駆動部３０の２つの圧電素子（３１、３２）が連動的に（又は協働的に）駆動することによって、駆動部３０によって伝達部ＢＴに加えられる力（例、張力や押圧力）に基づいて回転子ＳＦに対する回転子ＳＦに対する伝達部ＢＴＵの接触状態を調整可能なため、伝達部ＢＴを介して回転子ＳＦにトルクを伝達する。また、モータ装置ＭＴＲは、２つの圧電素子（３１、３２）が協働的に（又は相互作用的に）駆動することによって、伝達部ＢＴの回転子ＳＦに対する巻き付き角θに基づく回転子ＳＦに対する伝達部ＢＴの接触状態を調整可能なため、伝達部ＢＴを介して回転子ＳＦにトルクを伝達する。このように、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、駆動部３２によって回転子ＳＦの径方向に力が伝達部ＢＴの少なくとも一部に加えられた状態（回転力伝達状態）で、伝達部ＢＴを介して回転子ＳＦにトルクが伝達される。
【００４４】
本実施形態では、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μが例えば０．３であり、伝達部ＢＴが回転子ＳＦにほぼ１回転（３６０°）巻き掛けられている。したがって、図４のグラフを参照すると、圧電素子３１の張力Ｔ１の８５％程度の力がトルクとして回転子ＳＦに伝達されることになる。
【００４５】
制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１及び第二端部２２を所定距離だけ移動させた後、図７に示すように、第二端部２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第一端部２１が移動しないように、圧電素子３２だけを変形させる。この動作により、第二端部２２が＋Ｘ方向へ移動し、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力（回転子ＳＦに対する保持力）が解除された状態になる。この状態においては、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦは慣性によって図７の矢印方向に回転し続けることになる。
【００４６】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、図８に示すように、第一端部２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように圧電素子３１を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだまま、すなわち、有効張力が発生しないまま、伝達部ＢＴの第一端部２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
【００４７】
第一端部２１が駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、圧電素子３２を変形させて第二端部２２を＋Ｘ方向に移動させる。この動作により、第一端部２１が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第二端部２２側に張力Ｔ２が発生し、第一端部２１側に張力Ｔ１が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部ＢＴに有効張力を付加させた状態（図５の状態）と同様の状態となる。
【００４８】
伝達部ＢＴに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第一端部２１が−Ｘ方向に移動するように圧電素子３１を変形させ、第二端部２２が−Ｘ方向に移動するように圧電素子３２を変形させる（駆動動作）。このとき、第一端部２１の移動距離と第二端部２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
【００４９】
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力を再度解除させる。
制御部ＣＯＮＴは、有効張力を解除させた後、伝達部ＢＴの第一端部２１及び第二端部２２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを駆動部３０に繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。
【００５０】
次に、本実施形態における計測装置５の動作、及びモータ装置１のフィードバック動作について説明する。
回転子ＳＦの負荷側シャフト６３に被駆動物（負荷）が接続され、モータ装置１が上述のように回転子ＳＦを回転させると、トーションバー６２に駆動トルクによるねじれが生じる。歪検出部５０の歪ゲージ５１は、このねじれ量（歪量）を検出し、検出結果を計測処理部４０に出力する。計測処理部４０は、歪ゲージ５１によって検出されたねじれ量（歪量）に基づいて、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを算出することにより、駆動トルクを計測する。計測処理部４０は、計測した駆動トルクをモータ装置１のトルク制御部７１に出力する。
【００５１】
これにより、トルク制御部７１は、モータ装置１において回転子ＳＦに加えられている現在の駆動トルクを取得する。トルク制御部７１は、計測処理部４０から出力された（取得した）駆動トルクに基づいて、適切な速度情報及びトルク情報を生成する。トルク制御部７１は、生成した速度情報及びトルク情報をパルス変換部７２に出力する。
パルス変換部７２は、トルク制御部７１から出力された速度情報及びトルク情報に基づいて、ＰＷＭパルス信号に変換し、変換したＰＷＭパルス信号をドライバ部７３に出力する。ドライバ部７３は、パルス変換部７２から出力されたＰＷＭパルス信号に基づいて、駆動部３０に圧電素子（３１、３２）の駆動信号を出力する。
【００５２】
つまり、トルク制御部７１は、計測装置５が計測した駆動トルクをフィードバックして、駆動部３０の制御に反映させる。
一例として、ドライバ部７３が、計測装置５によって計測された駆動トルクＴの２倍のトルク（２Ｔ）を発生する駆動信号を出力している場合について説明する。この場合、ドライバ部７３は、余分なトルクを発生する駆動信号を出力している。そこで、トルク制御部７１は、計測装置５によって計測された駆動トルクＴに予め定められたマージン分のトルク（例えば、駆動トルクの１０％）を付加したトルク（１．１Ｔ）を発生する駆動信号をドライバ部７３が出力するように制御する。これにより、駆動部３０は、余分なトルクの発生を低減し、現在の駆動状態に必要なトルクを効率よく生成することができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態による計測装置５は、計測部４が回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部ＢＴを用いて駆動動作及び復帰動作を行う駆動部３０によって駆動される回転子ＳＦにかかる（加えられる）駆動トルク（トルク）を計測する。
これにより、回転子ＳＦにかかる（加えられる）駆動トルク（出力されるトルク）を正確に計測することができる。そのため、計測した駆動トルクに基づいて、駆動部３０による動作を変更することができる。例えば、本実施形態による計測装置５は、モータ装置１において、駆動部３０が余分なトルクを発生することを防止したホールドトルクを発生させることができる。よって、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。また、制御部ＣＯＮＴは、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、駆動部３０を制御するため、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動精度を向上させることができる。
【００５４】
なお、駆動トルクは、回転子ＳＦにかかる（加えられる）加速トルクと負荷トルクとを含む。
つまり、本実施形態による計測装置５は、被駆動物（負荷）による負荷トルクも含めたトルクとして、駆動トルクを計測することができる。これにより、本実施形態による計測装置５は、回転子ＳＦに被駆動物（負荷）が接続されている場合であっても、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、計測部４は、回転子ＳＦに生じる歪を検出する歪検出部５０と、歪検出部５０による検出結果に基づいて、駆動トルクを計測する計測処理部４０と、を備えている。
これにより、回転子ＳＦに生じる歪に基づいて、駆動トルクを計測するので、本実施形態による計測装置５は、正確に駆動トルクを計測することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、歪検出部５０は、回転子ＳＦに配置される歪ゲージを有する。
これにより、本実施形態による計測装置５は、回転子ＳＦにかかる（加えられる）駆動トルクを、回転子ＳＦのねじれ量として直接的に計測することができる。よって、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、回転子ＳＦは、トーションバー６２を有し、歪検出部５０は、トーションバー６２を介して生じた歪を検出する。
トーションバー６２は、回転子ＳＦの他の部分（駆動部側シャフト６１及び負荷側シャフト６３）より剛性が低いため、回転子ＳＦの他の部分に比べて、駆動トルクによって生じるねじれ量を大きくすることができる。そのため、本実施形態による計測装置５は、駆動トルクを高精度に計測することができる。また、ねじれ量が大きくなるため、本実施形態による計測装置５は、トーションバー６２を用いない場合に比べて、分解能の低い簡易な歪検出部５０によって駆動トルクを計測することが可能である。
【００５８】
また、本実施形態では、モータ装置１は、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、上述した駆動動作、又は復帰動作を制御する制御部ＣＯＮＴを備える。
これにより、本実施形態によるモータ装置１は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。また、本実施形態によるモータ装置１は、駆動部３０による駆動精度を向上させることができる。
【００５９】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態による計測装置５及びモータ装置１について説明する。
図９は、第２の実施形態による計測装置５及びモータ装置１の構成を示す図である。
また、図１０は、本実施形態における計測装置５及びモータ装置１の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、計測装置５が、第１の実施形態と同様の第１の方式により駆動トルクを計測する場合における別の形態について説明する。本実施形態では、一例として、歪検出部５０に２つのエンコーダ（５２、５３）を用いる形態について説明する。
【００６０】
ここでは、第１の実施形態と異なる構成のみ説明し、第１の実施形態と同一の構成の説明を省略する。
図９及び図１０において、計測装置５は、２つのエンコーダ（５２、５３）と、計測処理部４０とを備えている。なお、本実施形態では、歪検出部５０は、２つのエンコーダ（５２、５３）を備えている。
【００６１】
エンコーダ５２（第１のエンコーダ）は、例えば、光学式のロータリエンコーダである。エンコーダ５２は、回転子ＳＦの駆動部側シャフト６１に配置され、回転子ＳＦ（駆動部側シャフト６１）の回転位置情報である第１位置情報を検出する。エンコーダ５２は、検出した第１位置情報を計測処理部４０に出力する。
エンコーダ５３（第２のエンコーダ）は、例えば、光学式のロータリエンコーダである。エンコーダ５３は、回転子ＳＦの負荷側シャフト６３に配置され、回転子ＳＦ（負荷側シャフト６３）の回転位置情報である第２位置情報を検出する。エンコーダ５３は、検出した第２位置情報を計測処理部４０に出力する。
エンコーダ５２とエンコーダ５３とは、トーションバー６２を間に所定の間隔に配置されている。一例として、エンコーダ５２とエンコーダ５３とは、回転子ＳＦの回転軸方向に配置される。
【００６２】
計測処理部４０は、エンコーダ５２が検出した第１位置情報と、エンコーダ５３が検出した第２位置情報とに基づいて、駆動トルク（トルク）を計測する。一例として、計測処理部４０は、第１位置情報と第２位置情報との演算結果に基づいて、トーションバー６２を介して回転子ＳＦに生じているねじれ量を算出する。一例として、計測処理部４０は、第１位置情報と第２位置情報との差分を算出し、位置情報のずれとして、回転子ＳＦに生じているねじれ量（歪量）を検出する。
【００６３】
計測処理部４０は、この検出結果（ねじれ量）に基づいて、回転子ＳＦにかかる（加えられる）駆動トルクを計測する。すなわち、計測処理部４０は、エンコーダ（５２、５３）によって検出されたトーションバー６２のねじれ量（歪量）に基づいて、回転子ＳＦにかかる（加わる）駆動トルクを計測する。計測処理部４０は、計測した駆動トルクをモータ装置１の制御部ＣＯＮＴに出力する。
本実施形態における制御部ＣＯＮＴの構成及び動作は、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
以上のように、本実施形態における計測装置５は、歪検出部５０が、回転子ＳＦの第１位置情報を検出するエンコーダ５２（第１のエンコーダ）と、回転子ＳＦの第２位置情報を検出するエンコーダ５３（第２のエンコーダ）とを備える。計測処理部４０は、第１位置情報と第２位置情報とに基づいて駆動トルクを計測する。
これにより、本実施形態による計測装置５は、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを、回転子ＳＦのねじれ量として直接的に計測することができる。そのため、本実施形態における計測装置５は、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを正確に計測することができる。計測した駆動トルクに基づいて、駆動部３０による動作を変更することができため、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、回転子ＳＦは、トーションバー６２を有し、エンコーダ５２とエンコーダ５３とは、トーションバー６２を間に所定の間隔に配置されている。
トーションバー６２は、回転子ＳＦの他の部分（駆動部側シャフト６１及び負荷側シャフト６３）より剛性が低いため、回転子ＳＦの他の部分に比べて、駆動トルクによって生じるねじれ量を大きくすることができる。そのため、本実施形態による計測装置５は、駆動トルクを高精度に計測することができる。また、ねじれ量が大きくなるため、本実施形態による計測装置５は、トーションバー６２を用いない場合に比べて、分解能の低いエンコーダによって駆動トルクを計測することが可能である。
【００６６】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態による計測装置５及びモータ装置１について説明する。
図１１は、第３の実施形態による計測装置５及びモータ装置１の構成を示す図である。
また、図１２は、本実施形態における計測装置５及びモータ装置１の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、計測装置５が、発生力検出部８０を用いて駆動部３０の発生力を検出し、発生力に基づいて駆動トルクを推定することにより、駆動トルク（トルク）を計測する場合（第２の方式）の形態について説明する。また、本実施形態では、一例として、発生力検出部８０にロードセル（８１、８２）を用いる形態について説明する。
【００６７】
図１１及び図１２において、計測装置５は、発生力検出部８０と、トルク推定部４１とを有する計測部４を備えている。また、発生力検出部８０は、２つのロードセル（８１、８２）、及び発生力算出部８３を備えている。なお、本実施形態において、トルク推定部４１と発生力算出部８３とは、計測処理部４０に含まれている。
また、図１１及び図１２において、図１及び図３と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
ロードセル８１及びロードセル８２は、力（荷重）の大きさを電気信号に変換する荷重変換器である。
ロードセル８１は、図１１に示すように、圧電素子３１の座面に配置されている。ロードセル８１は、圧電素子３１が伝達部ＢＴに発生する力（第１の発生力）を検出し、電気信号に変換して発生力算出部８３に出力する。ここで、圧電素子３１が伝達部ＢＴに発生する力は、上述した張力Ｔ１に対応する。
ロードセル８２は、図１１に示すように、圧電素子３２の座面に配置されている。ロードセル８２は、圧電素子３２が伝達部ＢＴに発生する力（第２の発生力）を検出し、電気信号に変換して発生力算出部８３に出力する。ここで、圧電素子３２が伝達部ＢＴに発生する力は、上述した張力Ｔ２に対応する。
【００６９】
発生力算出部８３は、ロードセル（８１、８２）によって検出された検出結果に基づいて、圧電素子（３１、３２）によって伝達部ＢＴに生じる発生力を算出する。具体的に、発生力算出部８３は、ロードセル（８１、８２）によって検出された電気信号に基づいて、上述した張力Ｔ１及び張力Ｔ２を算出する。発生力算出部８３は、算出した発生力（張力Ｔ１及び張力Ｔ２）をトルク推定部４１に出力する。
すなわち、発生力検出部８０は、圧電素子（３１、３２）によって伝達部ＢＴに生じる発生力を検出し、検出した発生力をトルク推定部４１に出力する。具体的に、発生力検出部８０は、圧電素子３１によって伝達部ＢＴに生じる第１の発生力（張力Ｔ１）と、圧電素子３２によって伝達部ＢＴに生じる第２の発生力（張力Ｔ２）とを検出する。
【００７０】
トルク推定部４１（推定部）は、発生力検出部８０によって検出された発生力に基づいて、駆動トルクを推定する。すなわち、トルク推定部４１は、発生力算出部８３より出力された張力Ｔ１と張力Ｔ２とに基づいて、回転子ＳＦに加わる駆動トルクを推定する。トルク推定部４１は、一例として、上述した有効張力（Ｔ１−Ｔ２）のように、２つの圧電素子（３１、３２）による発生力差により、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを推定する。トルク推定部４１は、推定した駆動トルクを制御部ＣＯＮＴのトルク制御部７１に出力する。
制御部ＣＯＮＴの構成及び動作は、上記の第１及び第２の実施形態と同様である。
【００７１】
以上のように、本実施形態における計測装置５は、駆動部３０が圧電素子（３１、３２）を有する。計測部４は、発生力検出部８０が圧電素子（３１、３２）によって伝達部ＢＴに生じる発生力を検出し、トルク推定部４１が発生力検出部８０によって検出された発生力に基づいて、駆動トルクを推定する。
これにより、本実施形態による計測装置５は、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを、圧電素子（３１、３２）によって伝達部ＢＴに生じる発生力に基づいて間接的に計測することができる。本実施形態における計測装置５は、計測した駆動トルクに基づいて、駆動部３０による動作を変更することができため、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、圧電素子（３１、３２）には、伝達部ＢＴの両端部にそれぞれ接続される圧電素子３１（第１の駆動素子）と圧電素子３２（第２の駆動素子）とが含まれる。発生力検出部８０は、圧電素子３１によって伝達部ＢＴに生じる第１の発生力（張力Ｔ１）と、圧電素子３２によって伝達部ＢＴに生じる第２の発生力（張力Ｔ２）とを検出する。そして、トルク推定部４１は、第１の発生力（張力Ｔ１）と第２の発生力（張力Ｔ２）とに基づいて駆動トルクを推定する。すなわち、トルク推定部４１は、２つの圧電素子（３１、３２）による発生力差により、回転子ＳＦにかかる駆動トルクを推定する。
これにより、第１及び第２の実施形態に比べて簡易な構成により、駆動トルクを計測することができる。
【００７３】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態による計測装置５及びモータ装置１について説明する。
図１３は、第４の実施形態による計測装置５及びモータ装置１の構成を示す図である。
また、図１４は、本実施形態における計測装置５及びモータ装置１の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、計測装置５が、変位検出部９０を用いて圧電素子（３１、３２）の変位量を検出し、圧電素子（３１、３２）の変位量に基づいて駆動トルクを推定することにより、駆動トルク（トルク）を計測する場合（第３の方式）の形態について説明する。また、本実施形態では、一例として、変位検出部９０にＣＡＰ（静電容量）センサ（９１、９２）を用いる形態について説明する。
【００７４】
図１３及び図１４において、計測装置５は、変位検出部９０と、発生力検出部８０ａと、トルク推定部４１とを有する計測部４を備えている。
変位検出部９０は、圧電素子（３１、３２）の変位量を検出する。また、変位検出部９０は、２つのＣＡＰセンサ（９１、９２）、及び変位算出部９３を備えている。なお、本実施形態において、トルク推定部４１、発生力検出部８０ａ、及び変位算出部９３は、計測処理部４０に含まれている。
また、図１３及び図１４において、図１１及び図１２と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
ＣＡＰセンサ９１は、圧電素子３１の変位量を電気信号に変換する。ＣＡＰセンサ９１は、図１３に示すように、圧電素子３１が接続されている支持部材３３に接続されており、圧電素子３１の変位量を検出できるように配置されている。ＣＡＰセンサ９１は、圧電素子３１の変位量を変換した電気信号を変位算出部９３に出力する。
ＣＡＰセンサ９２は、圧電素子３２の変位量を電気信号に変換する。ＣＡＰセンサ９２は、図１３に示すように、圧電素子３２が接続されている支持部材３４に接続されており、圧電素子３２の変位量を検出できるように配置されている。ＣＡＰセンサ９２は、圧電素子３２の変位量を変換した電気信号を変位算出部９３に出力する。
【００７６】
変位算出部９３は、ＣＡＰセンサ（９１、９２）によって検出された検出結果に基づいて、圧電素子（３１、３２）の変位量を算出する。具体的に、変位算出部９３は、ＣＡＰセンサ９１の検出された変位量に対応する電気信号に基づいて圧電素子３１の変位量Ｘ１（第１の変位量）を算出する。また、変位算出部９３は、ＣＡＰセンサ９２の検出された変位量に対応する電気信号に基づいて圧電素子３２の変位量Ｘ２（第２の変位量）を算出する。変位算出部９３は、算出した変位量（Ｘ１、Ｘ２）を発生力検出部８０ａに出力する。
【００７７】
発生力検出部８０ａは、変位検出部９０によって検出された圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）と圧電素子（３１、３２）の駆動電圧とに基づいて、伝達部ＢＴに生じる発生力（上述した張力Ｔ１、Ｔ２）を検出する。
なお、圧電素子（３１、３２）の駆動電圧は、例えば、制御部ＣＯＮＴのドライバ部７３より供給される。ドライバ部７３は、圧電素子３１の駆動電圧Ｖ１（第１の駆動電圧）と、圧電素子３２の駆動電圧Ｖ２（第２の駆動電圧）とを検出して発生力検出部８０ａに供給する。
【００７８】
また、発生力検出部８０ａは、例えば、変位量−発生力マップに基づいて、伝達部ＢＴに生じる発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出する。ここで、変位量−発生力マップとは、例えば、圧電素子の変位量及び駆動電圧と予め計測した発生力とを対応づけた変換テーブルである。すなわち、変位量−発生力マップは、例えば、圧電素子３１の変位量Ｘ１及び駆動電圧Ｖ１と予め計測した発生力Ｔ１とを対応づけた第１の変換テーブル、及び、圧電素子３２の変位量Ｘ２及び駆動電圧Ｖ２と予め計測した発生力Ｔ２とを対応づけた第２の変換テーブルであってもよい。
発生力検出部８０ａは、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）と圧電素子（３１、３２）の駆動電圧とに基づいて、圧電素子（３１、３２）によって伝達部ＢＴに生じる発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出し、検出した発生力（Ｔ１、Ｔ２）をトルク推定部４１に出力する。
【００７９】
トルク推定部４１及び制御部ＣＯＮＴの構成と動作とは、上記の３の実施形態と同様である。
【００８０】
以上のように、本実施形態における計測装置５は、計測部４が、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）を検出する変位検出部９０を有している。また、発生力検出部８０ａは、変位検出部９０によって検出された圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）と圧電素子（３１、３２）の駆動電圧（Ｖ１、Ｖ２）とに基づいて、発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出する。トルク推定部４１は、発生力検出部８０ａによって検出された発生力に基づいて、駆動トルクを推定する。
これにより、本実施形態による計測装置５は、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）に基づいて回転子ＳＦにかかる駆動トルクを間接的に計測することができる。本実施形態における計測装置５は、計測した駆動トルクに基づいて、駆動部３０による動作を変更することができため、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
【００８１】
また、本実施形態では、発生力検出部８０ａは、予め作成された変位量−発生力マップに基づいて、発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出する。これにより、本実施形態における計測装置５は、簡易な構成により、駆動トルクを計測することができる。
【００８２】
［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態による計測装置５及びモータ装置１について説明する。
図１５は、第５の実施形態における計測装置５及びモータ装置１の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、計測装置５が、変位検出部９０ａを用いて圧電素子（３１、３２）の変位量を検出し、圧電素子（３１、３２）の変位量に基づいて駆動トルクを推定することにより、駆動トルク（トルク）を計測する場合（第３の方式）における別の形態について説明する。また、本実施形態では、一例として、変位検出部９０ａは、圧電素子（３１、３２）に蓄積（充電）される電荷量に基づいて、圧電素子（３１、３２）の変位量を検出する形態について説明する。
【００８３】
図１５において、計測装置５は、変位検出部９０ａと、発生力検出部８０ａと、トルク推定部４１とを有する計測部４を備えている。なお、本実施形態では、モータ装置１が計測装置５を備えている形態について説明する。すなわち、モータ装置１の制御部ＣＯＮＴは、計測装置５を備えている。
また、図１５において、図１４と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
変位検出部９０ａは、圧電素子（３１、３２）に蓄積される電荷量を検出する電荷量検出部９４を有する。変位検出部９０ａは、電荷量検出部９４によって検出された電荷量に基づいて、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）を検出する。変位検出部９０ａは、検出した圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）を発生力検出部８０ａに出力する。なお、電荷量は、圧電素子（３１、３２）を伸長させる場合にドライバ部７３により圧電素子（３１、３２）に蓄積（充電）され、圧電素子（３１、３２）を収縮させる場合に圧電素子（３１、３２）から放電される。
また、変位検出部９０ａは、電荷量検出部９４と変位算出部９３ａとを備えている。
【００８５】
電荷量検出部９４は、圧電素子（３１、３２）に供給される電流値に基づいて、圧電素子（３１、３２）に蓄積された電荷量を検出する。ここで、圧電素子（３１、３２）に供給される電流値は、ドライバ部７３から供給される。具体的に、電荷量検出部９４は、圧電素子３１に供給される電流値を積分して電荷量Ｑ１（第１の電荷量）を検出する。また、電荷量検出部９４は、圧電素子３２に供給される電流値を積分して電荷量Ｑ２（第２の電荷量）を検出する。電荷量検出部９４は、検出した電荷量（Ｑ１、Ｑ２）を変位算出部９３ａに出力する。
【００８６】
変位算出部９３ａは、電荷量検出部９４により検出された電荷量（Ｑ１、Ｑ２）に基づいて、変位量（Ｘ１、Ｘ２）を検出する。変位算出部９３ａは、例えば、電荷量（Ｑ１、Ｑ２）と変位量（Ｘ１、Ｘ２）との線形性を利用して、変位量（Ｘ１、Ｘ２）を算出する。変位算出部９３ａは、算出した変位量（Ｘ１、Ｘ２）を発生力検出部８０ａに出力する。
【００８７】
発生力検出部８０ａは、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）と圧電素子（３１、３２）の駆動電圧とに基づいて、圧電素子（３１、３２）によって伝達部ＢＴに生じる発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出し、検出した発生力（Ｔ１、Ｔ２）をトルク推定部４１に出力する。ここで、発生力検出部８０ａは、例えば、式（３）に示すような圧電方程式に基づいて、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）と圧電素子（３１、３２）の駆動電圧とに基づいて、発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出する。
【００８８】
【数３】
2013068467.tif 000005
【００８９】
式（３）において、Ｓが歪に対応し、Ｄが電束密度に対応する。また、Ｔが応力に、変数Ｅが電場に対応する。また、ここで、ｓＥが弾性コンプライアンス定数を、εＴが誘電率をそれぞれ示し、ｄｔ及びｄが圧電定数を示している。
【００９０】
トルク推定部４１及び制御部ＣＯＮＴの構成と動作とは、上記の３の実施形態と同様である。
【００９１】
以上のように、本実施形態における計測装置５は、変位検出部９０ａが圧電素子（３１、３２）に蓄積される電荷量（Ｑ１、Ｑ２）を検出する電荷量検出部９４を有する。変位検出部９０ａは、電荷量検出部９４によって検出された圧電素子（３１、３２）の電荷量（Ｑ１、Ｑ２）に基づいて、圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）を検出する。また、発生力検出部８０ａは、変位検出部９０ａによって検出された圧電素子（３１、３２）の変位量（Ｘ１、Ｘ２）と圧電素子（３１、３２）の駆動電圧（Ｖ１、Ｖ２）とに基づいて、発生力（Ｔ１、Ｔ２）を検出する。トルク推定部４１は、発生力検出部８０ａによって検出された発生力に基づいて、駆動トルクを推定する。
【００９２】
これにより、本実施形態による計測装置５は、圧電素子（３１、３２）の電荷量（Ｑ１、Ｑ２）に基づいて回転子ＳＦにかかる駆動トルクを間接的に計測することができる。本実施形態における計測装置５は、計測した駆動トルクに基づいて、駆動部３０による動作を変更することができため、本実施形態による計測装置５は、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、計測部４は、ねじれ量や変位量などの機械的な物理量ではなく、圧電素子（３１、３２）の電荷量（Ｑ１、Ｑ２）という電気的な物理量を計測することにより、駆動トルクを計測する。そのため、本実施形態における計測装置５は、上記の各実施形態に比べて簡易な構成により、駆動トルクを計測することができる。
【００９３】
また、本実施形態におけるモータ装置１は、計測装置５と、制御部ＣＯＮＴとを備えている。制御部ＣＯＮＴは、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、上述した駆動動作、又は復帰動作を制御する。
これにより、本実施形態におけるモータ装置１は、上記の各実施形態と同様に、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。また、本実施形態によるモータ装置１は、駆動部３０による駆動精度を向上させることができる。
【００９４】
なお、本実施形態によれば、モータ装置は、回転子ＳＦと、伝達部ＢＴと、駆動部３０と、計測部４とを備えている。伝達部ＢＴは、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる。駆動部３０は、伝達部ＢＴに接続され、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を行う。計測部４は、回転子ＳＦに加えられるトルクを計測する。
これにより、本実施形態におけるモータ装置１は、上記の各実施形態と同様に、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。
【００９５】
［第６の実施形態］
次に、第６の実施形態を説明する。
本実施形態では、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置１をロボット装置ＲＢＴに適用した一例について説明する。
図１６は、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置１を備えるロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。
【００９６】
図１６に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。
【００９７】
末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。
【００９８】
中節部１０２は、筐体１０２ａ及び駆動装置ＡＴＣとしてモータ装置１を有している。すなわち、駆動装置ＡＴＣは、上記実施形態に記載のモータ装置１を用いることができる。モータ装置１は、筐体１０２ａ内に設けられている。モータ装置１には、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。
【００９９】
上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、モータ装置１の駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。
歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。
【０１００】
このように、本実施形態によれば、低速高トルクの回転を出力することができるモータ装置１を搭載することにより、例えば減速器を用いることなく直接末節部１０１を回転させることができる。また、本実施形態では、モータ装置１が非共振に駆動される構成になっているため、樹脂など軽量な材料で大部分を構成することが可能になる。
【０１０１】
また、以上のように、本実施形態におけるロボット装置ＲＢＴは、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置１を備える。モータ装置１は、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、駆動部３０による駆動効率を向上させることができる。そのため、本実施形態におけるロボット装置ＲＢＴは、駆動効率を向上させることができる。さらに、モータ装置１は、計測装置５によって計測された駆動トルクに基づいて、駆動部３０を制御するため、本実施形態におけるロボット装置ＲＢＴは、駆動部３０による駆動精度を向上させることができる。
【０１０２】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上述した実施形態により、計測装置５が駆動トルクを計測する形態を説明したが、上述した実施形態のいずれか、又は、複数の組み合わせによって、計測装置５が駆動トルクを計測する形態でもよい。例えば、計測装置５は、歪検出部５０と、発生力検出部８０及びトルク推定部４１とを両方備える形態でもよい。この場合、複数の系統により、駆動トルクを計測することができるため、計測装置５の信頼性を高めることができる。
【０１０３】
また、上記の第１の実施形態から第５の実施形態をそれぞれ単独で適用する形態について説明したが、第１の実施形態から第５の実施形態のうちの複数を組み合わせて適用する形態でもよい。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて適用する形態でもよいし、図１７に示すように、第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて適用する形態でもよい。この場合も、複数の系統により、駆動トルクを計測することができるため、計測装置５の信頼性を高めることができる。
【０１０４】
また、上記の第１及び第２の実施形態において、回転子ＳＦがトーションバー６２を有する形態を説明したが、歪検出部５０が高分解能であれば、トーションバー６２を有さない形態でもよい。この場合、高分解能とは、トーションバー６２を有さない回転子ＳＦに生じる歪を検出できる程度に高い分解能である。
また、上記の第１の方法として、歪検出部５０が歪ゲージ５１を備える形態（第１の実施形態）と、歪検出部５０が２つのエンコーダ（５２、５３）を備える形態（第２の実施形態）とを説明したが、これに限定されるものではない。例えば、歪検出部５０が磁歪式センサを備えて、計測装置５は、磁歪式センサの検出結果に基づいて駆動トルクを計測する形態でもよいし、他の検出素子を用いて駆動トルクを計測する形態でもよい。
【０１０５】
また、上記第２の実施形態において、エンコーダ（５２、５３）が光学式のロータリエンコーダである形態について説明したが、磁気式のロータリエンコーダを用いる形態でもよいし、他の方式を用いる形態でもよい。
【０１０６】
また、上記第４の実施形態において、変位量−発生力マップに、圧電素子３１（又は３２）の変位量Ｘ１（又はＸ２）及び駆動電圧Ｖ１（又はＶ２）と、予め計測した発生力Ｔ１（又はＴ２）とを対応づけた変換テーブルを適用する形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、式（３）に基づいて予め算出された発生力Ｔ１（又はＴ２）により変換テーブルが作成されてもよい。また、例えば、変位量−発生力マップとして、圧電素子３１（又は３２）の変位量Ｘ１（又はＸ２）と発生力Ｔ１（又はＴ２）とを対応づけた簡易な変換テーブルを適用する形態でもよい。
また、上記第４の実施形態において、発生力検出部８０ａは、変位量−発生力マップを用いずに、式（３）に基づいて発生力Ｔ１（又はＴ２）を検出する形態でもよい。
また、上記第５の実施形態において、発生力検出部８０ａは、変位量−発生力マップを用いて発生力Ｔ１（又はＴ２）を検出する形態でもよい。
【０１０７】
また、上記第５の実施形態において、変位算出部９３ａは、電荷量（Ｑ１、Ｑ２）と変位量（Ｘ１、Ｘ２）との線形性を利用して、変位量（Ｘ１、Ｘ２）を算出する形態を説明したが、これに限定されない。例えば、変位算出部９３ａは、電荷量（Ｑ１、Ｑ２）と変位量（Ｘ１、Ｘ２）とが対応付けられて予め作成されている変換テーブルに基づいて、変位量（Ｘ１、Ｘ２）を算出する形態でもよい。また、変位算出部９３ａを備えずに、発生力検出部８０ａが、式（３）を利用して、電荷量（Ｑ１、Ｑ２）及び駆動電圧（Ｖ１、Ｖ２）に基づいて発生力（Ｔ１、Ｔ２）を生成する形態でもよい。
【０１０８】
また、上記の第１の実施形態から第４の実施形態において、モータ装置１が計測装置５を備えない形態を説明したが、第５の実施形態のように、モータ装置１が計測装置５を備える形態でもよい。また、上記の第５の実施形態において、モータ装置１が計測装置５を備える形態を説明したが、第１の実施形態から第４の実施形態のように、モータ装置１が計測装置５を備えない形態でもよい。なお、本実施形態によれば、モータ装置１は、回転子ＳＦと、伝達部ＢＴと、駆動部３０と、上述した実施形態の計測手段とを備えている。伝達部ＢＴは、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる。駆動部３０は、伝達部ＢＴに接続され、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を行う。計測手段は、回転子ＳＦに加えられるトルクを計測する。
【０１０９】
また、上記の各実施形態において、モータ装置１が１つの伝達部ＢＴを備える形態を説明したが、モータ装置１が複数の伝達部ＢＴを備える形態でもよい。また、計測装置５は、複数の各伝達部ＢＴに対応するトルクを計測し、計測した各伝達部ＢＴに対応するトルクに基づいて、回転子ＳＦにかかる全体の駆動トルクを計測する形態でもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１…モータ装置、４…計測部、５…計測装置、３０…駆動部、３１，３２…圧電素子、４０…計測処理部、４１…トルク推定部、５０…歪検出部、５１…歪ゲージ、５２，５３…エンコーダ、６２…トーションバー、８０，８０ａ…発生力検出部、９０…変位検出部、９４…電荷量検出部、ＣＯＮＴ…制御部、ＢＴ…伝達部、ＲＢＴ…ロボット装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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